Nowe odkrycia dotyczące źródła ogromnej energii w promieniowaniu kosmicznym
Nowe badania sugerują, że skrajnie wysokoenergetyczne promieniowanie kosmiczne czerpie swoją energię z turbulencji magnetycznych.
 |
| Wizja artystyczna promieniowania kosmicznego. Źródło: Columbia University |
Skrajnie wysokoenergetyczne promieniowanie kosmiczne, które powstaje w ekstremalnych środowiskach astrofizycznych – takich jak wirujące środowiska w pobliżu czarnych dziur i gwiazd neutronowych – mają znacznie więcej energii niż energetyczne cząstki, które powstają z naszego Słońca. W rzeczywistości cząstki tworzące te strumienie energii mają około 10 milionów razy większą energię niż cząstki przyspieszane w najbardziej ekstremalnym środowisku cząstek na Ziemi, w stworzonym przez człowieka Wielkim Zderzaczu Hadronów.
Skąd pochodzi cała ta energia? Przez wiele lat naukowcy uważali, że pochodzi ona ze wstrząsów, które występują w ekstremalnych środowiskach astrofizycznych – na przykład, gdy gwiazda eksploduje przed utworzeniem czarnej dziury, powodując ogromną eksplozję, która wyrzuca cząsteczki.
Teoria ta była prawdopodobna, ale zgodnie z nowymi badaniami opublikowanymi w The Astronomical Journal Letters, obserwacje są lepiej wyjaśnione przez inny mechanizm. Naukowcy odkryli, że źródłem energii promieniowania kosmicznego są raczej turbulencje magnetyczne. Autorzy artykułu odkryli, że pola magnetyczne w tych środowiskach plączą się i wirują, gwałtownie przyspieszając cząstki i gwałtownie zwiększając ich energię aż do nagłego odcięcia.
Odkrycia te pomagają rozwiązać odwieczne pytania, które są bardzo interesujące zarówno dla astrofizyków, jak i fizyków cząstek elementarnych, dotyczące tego, w jaki sposób to promieniowanie kosmiczne uzyskuje swoją energię – powiedział Luca Comisso, pracownik naukowy Columbia Astrophysics Lab i jeden z autorów artykułu.
Artykuł uzupełnia ostatnie badania opublikowane przez Comisso i współpracowników na temat energetycznych cząstek Słońca, które również odkryli, że powstają z pól magnetycznych w koronie słonecznej. W artykule Comisso i jego współpracownicy odkryli sposoby lepszego przewidywania, gdzie pojawią się te energetyczne cząstki.
Promieniowanie kosmiczne o skrajnie wysokiej energii jest o rzędy wielkości silniejsze niż energetyczne cząstki słoneczne: mogą one osiągać do 1020 elektronowoltów, podczas gdy cząstki pochodzące ze Słońca mogą osiągać do 1010 elektronowoltów, co stanowi różnicę 10 rzędów wielkości. (Aby dać wyobrażenie o tej ogromnej różnicy w skali, rozważ różnicę w wadze między ziarnkiem ryżu o masie około 0,05 grama a 500-tonowym Airbusem A380, największym samolotem pasażerskim na świecie). Interesujące jest to, że te dwa skrajnie różne środowiska mają coś wspólnego: ich pola magnetyczne są bardzo splątane, a ta splątana natura ma kluczowe znaczenie dla energetyzowania cząstek – powiedział Comisso.
Co ciekawe, dane dotyczące promieniowania kosmicznego o skrajnie wysokiej energii wyraźnie preferują przewidywania turbulencji magnetycznych nad przewidywaniami przyspieszenia uderzeniowego. To prawdziwy przełom w tej dziedzinie – powiedział Glennys R. Farrar, autor artykułu i profesor na Uniwersytecie Nowojorskim.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
